系統程式第 1 章 -- 系統軟體

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作者：陳鍾誠旗標出版社第1章、系統軟體

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第1章、系統軟體  1.1 何謂系統程式？  1.2 系統程式與系統軟體  1.3 本書的章節架構  1.4 實務案例 (一)：Dev C++開發環境  1.5 實務案例 (二)：GNU 開發工具

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1.1 何謂系統程式？  System Software (系統軟體)  System Programming (系統程式設計)

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System Software (系統軟體)  何謂系統軟體？  設計給程式設計師使用的軟體, 就被稱為系統軟體  設計給一般大眾使用的軟體, 則稱為應用軟體。

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系統軟體 v.s 應用軟體  系統軟體  組譯器  載入器  連結器  巨集處理器  編譯器  直譯器  虛擬機  應用軟體  試算表  Excel  排版軟體  Word  瀏覽器  Internet Explorer  Firefox  Chrome

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系統程式設計 (System Programming)  定義：  系統相關的程式設計技術，其中的系統指的是作業系統或電腦系統。  作業系統層次的程式設計  Linux 系統程式  Windows 系統程式

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作業系統相關的程式設計主題  行程管理  執行緒  行程通訊  並行控制  記憶體管理  檔案輸出入  驅動程式

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電腦系統相關的程式設計主題  組合語言  C 語言  嵌入式系統

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1.2 系統程式與系統軟體  高階語言  編譯器  組合語言  組合語言  組譯器  目的碼  目的碼  連結器  可執行檔  可執行檔  載入器  記憶體，開始執行

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高階語言編譯器記憶體組譯器連結器載入器組合語言目的檔執行檔圖 1.1、程式的編譯、組譯、連結、載入之流程系統程式 1. 高階語言 2. 組合語言系統軟體 1.編譯器 2.組譯器 3. 連結器 4.載入器

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從機器語言到組合語言組合語言目的碼 (機器語言) 組譯器

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各種組合語言的指令早期 (1980) (8,16 位元 CPU) 中期 (1990) (複雜指令CPU) 最近 (2000) (精簡指令CPU)

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從組合語言到高階語言範例 1.1 C 語言與組合語言的對應關係 R2, R4

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C 語言  1972 年貝爾實驗室所發展出來的 C 語言  Ken Thompson 與 Dennis Ritchie (合稱 K & R)  K &R 用 C 語言設計出 UNIX 作業系統  C 語言特別適合用來撰寫作業系統等低階程式，因此是當今系統程式的主要語言。  C 語言可以進行記憶體映射輸出入，這讓 C 語言特別適合用來撰寫嵌入式的系統程式

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1.3 本書的章節架構  第 1 章系統軟體  第 2 章電腦的硬體結構  第 3 章組合語言  第 4 章組譯器  第 5 章連結與載入  第 6 章巨集處理器  第 7 章高階語言  第 8 章編譯器  第 9 章虛擬機器  第 10 章作業系統  第 11 章嵌入式系統  第 12 章系統軟體實作組合語言高階語言執行平台實作『組譯器、編譯器、虛擬機器』導論

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本書的章節導引圖目的檔 (第 5 章) 連結器 (第 5 章) 函式庫 (第 5 章) 組譯器 (第 4 章) 編譯器 (第 8 章) 直譯器 (第 7 章) 高階語言 (C) (第 7 章) 其他目的檔 (第 5 章) 載入器 (第 5 章) 執行執行檔 (第 5 章) 虛擬機器 (第 9 章) 電腦的硬體結構 (第 2 章) 作業系統 (第 10 章) 組合語言 (第 3 章) 巨集處理器 (第6章) 系統軟體 (第 1 章) 嵌入式系統 (第 11 章) 系統軟體實作 (第 12 章) 圖 1.2 本書的章節導引圖

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1.4 實務案例 (一)：Dev C++開發環境  Dev C++ :  Bloodshed Software 公司所設計的免費的開發工具  下載點：http://www.bloodshed.net/devcpp.html  Dev C++ 使用 gcc 作為預設的編譯器。

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圖 1.3 單一程式檔的Dev C++ 編譯執行畫面

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1.5 實務案例 (二)：GNU 開發工具  GNU 開發工具  由 GNU 組織所設計  包含  gcc 編譯器  as 組譯器  ld 連結器  make 專案建置工具  Linux 作業系統也是用 GNU 工具所開發完成的

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如何使用 GNU 工具  在 Linux 當中  預設就包含了 GNU 工具  在 MS. Windows 中  安裝 Dev C++ 後就會有 GNU 工具，請參考附錄 D 的安裝方法。  安裝 Cygwin 也可以使用 GNU 工具，請參考附錄 E 的安裝方法。

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圖 1.4 GNU工具使用的基本流程 main.c sum.c printf.c putc.c kprintf.c main.o sum.o ld gcc printf.o putc.o kprintf.o ar libc.a libm.a executable gcc

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C 語言程式範例

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使用 gcc 編譯 C 語言程式

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使用 gcc 產生組合語言  使用 -S 參數可要求 gcc 產生組合語言

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將 gcc 當成組譯器使用

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同時組譯並連結

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習題 1. 請說明何謂系統軟體？ 2. 請列出你所知道的系統軟體。 3. 請說明系統軟體與系統程式兩者有何區別。 4. 請說明組合語言在系統軟體學習上的角色。 5. 請說明 C 語言在系統程式上的用途。 6. 請列出您所經常使用的程式語言，並說明其相關的系統軟體之用法。 7. 請從網路下載Dev C++ 軟體，並參照附錄 D 的説明，安裝並使用 Dev C++ 撰寫 C 語言程式，並學習該軟體的用法。 8. 請找出 Dev C++ 當中的GNU工具，並在設定好 PATH 環境變數後，試用 gcc 指令編譯任意一個 C 語言程式 (設定方法請參考本書附錄 D)。